(57)【要約】【課題】  表示装置を表示面数に応じて増加させることなく、一台の表示装置と、光学素子のみで複数の表示面の実現を可能とし、簡単に三次元立体像が表示可能な三次元表示装置を提供する。【解決手段】  表示装置と、前記表示装置の観察者側に設けられ偏光方向が第１の偏光方向の偏光板と、偏光板の観察者側に設けられ偏光板から入射される二次元像の偏光方向を制御して出射する偏光切替装置と、偏光切替装置の観察者側に設けられる偏光型二焦点レンズと、表示装置に表示される二次元像に同期して偏光切替装置を制御する同期装置とを備え、表示装置に、第１および第２の二次元像を交互に表示し、偏光切替装置により、第１の二次元像の偏光方向を第１の方向、第２の二次元像の偏光方向を第２の方向に切り替え、偏光型二焦点レンズにより、第１の二次元像の結合位置と、第２の二次元像の結合位置とを異ならせて、三次元立体像を表示する。【選択図】        図１
2005129983.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２の二次元像を交互に表示する表示装置と、
前記表示装置に表示される前記第１の二次元像と第２の二次元像の輝度あるいは透過度を変化させる手段と、
前記表示装置の観察者側に設けられ偏光方向が第１の偏光方向の偏光板と、
前記偏光板の観察者側に設けられ前記偏光板から入射される二次元像の偏光方向を制御して出射する偏光切替装置と、
前記偏光切替装置の観察者側に設けられる偏光型二焦点レンズと、
前記表示装置に表示される二次元像に同期して前記偏光切替装置を制御する同期装置とを備える三次元表示装置であって、
前記第１および第２の二次元像は、前記観察者から見て異なった奥行き位置にある第１および第２の表示面に対して、表示対象物体を前記観察者の視線方向から射影した二次元像であり、
前記偏光切替装置は、前記同期装置の制御の基に、前記表示装置が前記第１の二次元像を表示するときに前記偏光板から入射される二次元像の偏光方向を維持し、前記表示装置が前記第２の二次元像を表示するときに前記偏光板から出力される二次元像の偏光方向を第２の方向に切り替え、
前記手段は、前記表示装置に表示される前記第１および第２の二次元像の輝度あるいは透過度をそれぞれ独立に変化させて表示することを特徴とする三次元表示装置。
【請求項２】
第１の画素群と、第２の画素群とから成る複数の画素を有し、前記第１の画素群により第１の二次元像と、前記第２の画素群により第２の二次元像とを同時に表示する表示装置と、
前記表示装置に同時に表示される前記第１の二次元像と第２の二次元像の輝度あるいは透過度を変化させる手段と、
前記表示装置の観察者側に設けられ、前記第１の画素群から入射される光の偏光方向を第１の偏光方向として出射し、また、前記第２の画素群から入射される光の偏光方向を第２の偏光方向として出射する偏光制御手段と、
前記偏光制御手段の観察者側に設けられる偏光型二焦点レンズとを備える三次元表示装置であって、
前記第１および第２の二次元像は、前記観察者から見て異なった奥行き位置にある第１および第２の表示面に対して、表示対象物体を前記観察者の視線方向から射影した二次元像であり、
前記手段は、前記表示装置に同時に表示される前記第１の二次元像と第２の二次元像の輝度あるいは透過度を、それぞれ独立に変化させることを特徴とする三次元表示装置。
【請求項３】
ｎを２以上の整数とするとき、ｎ個の二次元像を所定間隔をおいて同時に表示する表示装置と、
前記表示装置に同時に表示される前記ｎ個の二次元像の輝度あるいは透過度を変化させる手段と、
前記偏光制御手段の観察者側に設けられ、ｎ以上の光軸を有する偏芯多焦点レンズとを備える三次元表示装置であって、
前記ｎ個二次元像は、観察者から見て異なった奥行き位置にあるｎ個の表示面に対して、表示対象物体を前記観察者の視線方向から射影した二次元像であり、
前記手段は、前記表示装置に同時に表示される前記ｎ個の二次元像の輝度あるいは透過度を、それぞれ独立に変化させることを特徴とする三次元表示装置。
【請求項４】
前記偏芯多焦点レンズは、複屈折レンズの積層体であることを特徴とする請求項３に記載の三次元表示装置。
【請求項５】
前記偏芯多焦点レンズは、偏芯多焦点フレネルレンズであることを特徴とする請求項３に記載の三次元表示装置。
【請求項６】
前記偏芯多焦点レンズは、偏芯多焦点のゾーンプレートであることを特徴とする請求項３に記載の三次元表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体視の生理的要因間での矛盾を抑制し、かつ、眼鏡を用いないで三次元立体像が表示可能な三次元表示装置に係わり、特に、装置構成が簡単で、かつ、コンパクトな三次元表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明者らは、立体視の生理的要因間での矛盾を抑制し、かつ、眼鏡を用いないでカラー画像の三次元立体像が表示可能なＤＦＤ（Depth Fused 3D）方式の三次元表示装置を提案している（例えば、特許文献参照。）。
図１３は、従来のＤＦＤ（Depth Fused 3D）方式の三次元表示装置の概略構成を示す図であり、前述の特許文献に図１として図示されている三次元表示装置である。
同図に示すように、従来の三次元表示装置は、観察者１００の前面に複数の表示面、例えば、表示面（１０１，１０２）（表示面１０１が表示面１０２より観察者１００に近い）を設定し、これらの表示面（１０１，１０２）に複数の二次元像を表示するために、二次元表示装置と種々の光学素子を用いて光学系１０３を構築する。
以下、図１３ないし図１８を用いて、ＤＦＤ（Depth Fused 3D）方式の三次元表示装置の表示原理について説明する。
【０００３】
図１４に示すように、観察者１００に提示したい三次元物体１０４を、観察者１００の両眼の視線方向から、前述の表示面（１０１，１０２）へ射影した像（以下、「２Ｄ化像」と呼ぶ）（１０５，１０６）を生成する。
この２Ｄ化像の生成方法としては、例えば、視線方向から物体１０４をカメラで撮影した二次元像を用いる方法、あるいは別の方向から撮影した複数枚の二次元像から合成する方法、あるいはコンピュータグラフィックによる合成技術やモデル化を用いる方法など種々の方法がある。
そして、図１３に示すように、前記２Ｄ化像（１０５，１０６）を、各々表示面１０１と表示面１０２の双方に、観察者１００の右眼と左眼とを結ぶ線上の一点から見て重なるように表示する。
これは、例えば、２Ｄ化像（１０５，１０６）の各々の中心位置や重心位置の配置と、各々の像の拡大・縮小を制御することで可能となる。
本発明の基本となる三次元表示装置の重要な要点は、前記構成を有する装置上で、２Ｄ化像（１０５，１０６）の各々の輝度を、観察者１００から見た総体的な輝度を一定に保ちつつ、三次元物体１０４の奥行き位置に対応して変えることである。
【０００４】
その変え方の一例を以下に述べる。なお、ここでは、白黒図面であるため、分かりやすいように、以下の図面では輝度の高い方を濃く示してある。
例えば、三次元物体１０４が表示面１０１上にある場合には、図１５に示すように、この上の２Ｄ化像１０５の輝度を三次元物体１０４の輝度に等しくし、表示面１０２上の２Ｄ化像１０６の輝度はゼロとする。
次に、例えば、三次元物体１０４が観察者１００より少し遠ざかって表示面１０１より表示面１０２側に少し寄った位置にある場合には、図１６に示すように、２Ｄ化像１０５の輝度を少し下げ、２Ｄ化像１０６の輝度を少し上げる。
さらに、例えば、三次元物体１０４が観察者１００よりさらに遠ざかって表示面１０１より表示面１０２側にさらに寄った位置にある場合には、図１７に示すように、２Ｄ化像１０５の輝度をさらに下げ、２Ｄ化像１０６の輝度をさらに上げる。
【０００５】
遂に、例えば、三次元物体１０４が表示面１０２上にある場合には、図１８に示すように、この上の２Ｄ化像１０６の輝度を三次元物体１０４の輝度に等しくし、表示面１０１上の２Ｄ化像１０５の輝度はゼロとする。
このように表示することにより、観察者（人）１００の生理的あるいは心理的要因あるいは錯覚により、表示しているのが２Ｄ化像（１０５，１０６）であっても、観察者１００にはあたかも表示面（１０１，１０２）の中間に三次元物体１０４が位置しているように感じられる。
即ち、例えば、表示面（１０１，１０２）にほぼ等輝度の２Ｄ化像（１０５，１０６）を表示した場合には、表示面（１０１，１０２）の奥行き位置の中間付近に三次元物体１０４があるように感じられる。
【０００６】
【特許文献１】特許第３０２２５５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述した二次元表示装置としては、例えば、ＣＲＴ、液晶ディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＦＥＤディスプレイ、プロジェクション型ディスプレイ、線描画型ディスプレイなどを用い、光学素子としては、例えば、レンズ、全反射鏡、部分反射鏡、曲鏡、プリズム、偏光素子、波長板などを用いる。
そのため、前述した三次元表示装置は、前述の特許文献の実施の形態３以降に記載しているように、二次元表示装置が少なくとも２台以上必要となり、装置構成が複雑になるという問題点があった。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、表示装置を表示面数に応じて増加させることなく、一台の表示装置と、光学素子のみで複数の表示面の実現を可能とし、簡単に三次元立体像が表示可能な三次元表示装置を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
前述の課題を解決するために、本発明の三次元表示装置は、表示装置と、前記表示装置の観察者側に設けられ偏光方向が第１の偏光方向の偏光板と、前記偏光板の観察者側に設けられ前記偏光板から入射される二次元像の偏光方向を制御して出射する偏光切替装置と、前記偏光切替装置の観察者側に設けられる偏光型二焦点レンズと、前記表示装置に表示される二次元像に同期して前記偏光切替装置を制御する同期装置とを備え、前記表示装置に、第１および第２の二次元像を交互に表示し、前記偏光切替装置により、第１の二次元像の偏光方向を第１の方向、第２の二次元像の偏光方向を第２の方向に切り替え、前記偏光型二焦点レンズにより、第１の二次元像の結合位置と、第２の二次元像の結合位置とを異ならせ、これにより、ＤＦＤ（Depth Fused 3D）方式で三次元立体像を表示することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、第１の画素群と、第２の画素群とから成る複数の画素を有する表示装置と、前記表示装置の観察者側に設けられ、前記第１の画素群から入射される光の偏光方向を第１の偏光方向として出射し、また、前記第２の画素群から入射される光の偏光方向を第２の偏光方向として出射する偏光制御手段と、前記偏光制御手段の観察者側に設けられる偏光型二焦点レンズとを備え、前記表示装置に、第１の画素群により第１の二次元像と、第２の画素群により第２の二次元像とを同時に表示し、前記偏光制御手段により、第１の二次元像の偏光方向を第１の偏光方向に、第２の二次元像の偏光方向を第２の偏光方向となし、前記偏光型二焦点レンズにより、第１の二次元像の結合位置と、第２の二次元像の結合位置とを異ならせ、これにより、ＤＦＤ（Depth Fused 3D）方式で三次元立体像を表示することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の三次元表示装置は、表示装置と、前記偏光制御手段の観察者側に設けられ、ｎ以上の光軸を有する偏芯多焦点レンズとを備え、前記表示装置に、ｎ（ｎ≧２）個の二次元像を所定間隔をおいて同時に表示し、前記偏芯多焦点レンズにより、前記ｎ個の二次元像の結合位置を異ならせ、かつ、前記ｎ個の二次元像を前記観察者の視線上の像として前記観察者に提示し、これにより、ＤＦＤ（Depth Fused 3D）方式で三次元立体像を表示することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本発明によれば、表示装置を表示面数に応じて増加させることなく、一台の表示装置と、光学素子のみで、簡単に、カラー画像の三次元立体像を表示することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
［実施例１］
図１は、本発明の実施例１のＤＦＤ（Depth Fused 3D）方式の三次元表示装置の概略構成を示す図である。
本実施例の三次元表示装置は、表示装置２００と、表示装置２００の観察者側に設けられ偏光方向が第１の偏光方向である偏光板２１０と、偏光板２１０の観察者側に設けられる偏光切替装置２２０と、偏光切替装置２２０の観察者側に設けられる偏光型二焦点レンズ２３０と、同期装置２５０とを備える。
本実施例の三次元表示装置では、表示装置２００が、前述の図１４に示す２Ｄ化像１０５と、前述の図１４に示す２Ｄ化像１０６とを時分割で交互に表示する。これらの２Ｄ化像１０６は、モノクロ、あるいはカラーの画像であってもよい。
ここで、表示装置２００は、例えば、ＣＲＴ、液晶ディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＦＥＤディスプレイ、プロジェクション型ディスプレイ、線描画型ディスプレイ、有機エレクトロルミネセンス表示装置、あるいは、無機エレクトロルミネセンス表示装置などで構成される。
【００１３】
表示装置２００に表示された２Ｄ化像（１０５，１０６）は、偏光板２１０により、偏光方向が第１の方向とされる。
また、偏光切替装置２２０は、同期装置２５０の制御の基に、表示装置２００が２Ｄ化像１０５を表示するときに、偏光板２１０から入射される２Ｄ化像１０５の偏光方向を維持して出射し、また、表示装置２００が２Ｄ化像１０５を表示するときに、偏光板２１０から入射される２Ｄ化像１０５の偏光方向を第２の偏光方向に切り替えて出射する。
偏光型二焦点レンズ２３０は、入射される光の偏光方向により焦点距離が２段階に変化するレンズであり、入射される光の偏光方向により、図２に示すように、表示装置２００に表示された二次元像を、第１の結像面１０２１と第２の結像面１０２２とに結像させることができる。
前述した動作を人間の目の残像時間内に行うことにより、本実施例の三次元表示装置は、前述した〔ＤＦＤ（Depth Fused 3D）方式の三次元表示装置の表示原理〕に基づき、三次元立体像を表示することが可能となる。
【００１４】
図３は、図１に示す偏光型二焦点レンズ２３０の一例の概略構成を示す図である。
図３に示す偏光型二焦点レンズは、同図（ａ）、（ｂ）に示すように、固定焦点レンズ３０１と、複屈折領域３０２とから構成される。
ここで、固定焦点レンズ３０１は、例えば、図３（ｂ）に示すガラスあるいはプラスチック製の凸レンズ、または、図３（ａ）に示すガラスあるいはプラスチック製の凹レンズ、あるいは、ガラスあるいはプラスチック製の凸レンズ、凹レンズ、プリズムなどの組み合わせによるレンズ系、あるいは、ガラスあるいはプラスチック製の凸レンズ、凹レンズ、プリズムなどの組み合わせによるミラー系等により構成される。
また、複屈折領域３０２、例えば、液晶やＰＬＺＴ等からなる複領域屈折性を有する媒体で構成される。
ここで、固定焦点レンズ３０１の屈折率をｎ１とし、入射光の第１の偏光方向、並びに、第２の偏光方向における、複屈折領域３０２の屈折率を、それぞれｎ２１、ｎ２２とする。
例えば、複屈折領域３０２から光を入射した場合、入射光の偏光方向に応じてそれぞれに屈折率ｎ２１、ｎ２２を感じて進行した後、屈折率ｎ１の固定焦点レンズ３０１と接することになる。
したがって、出射光は、入射光の偏光状態に応じて異なった位置に結像する。即ち、偏光方向により焦点距離が相違する二焦点レンズとして動作する。
逆に、固定焦点レンズ３０１側から入射した場合にも、同様に固有偏光方向に応じた屈折率により、二つの結像面に分離して結像する。
【００１５】
なお、図３に示すように、複屈折領域３０２が液晶の場合、配向膜３０３を付け加えることにより、複屈折領域３０２側から入射した光に対して、面内均一な分離を得ることができる。
また、図３に示す偏光型二焦点レンズにおいて、固定焦点レンズ３０１がない場合でも、複屈折領域３０２の片面あるいは両面が、図３に示すような、レンズ形状やプリズム形状をしている場合には、同様な効果がある。
さらに、複屈折性を有する媒体としては、液晶が屈折率異方性が大きいために有益であり、その種類としては通常のネマティック液晶の他、例えば、高分子分散型液晶、ホログラフィック高分子分散型液晶、高分子液晶、スメクティック液晶、強誘電液晶、高分子安定化強誘電液晶などがある。
さらに、液晶以外でも高分子材料の主軸を揃えて形成することにより複屈折性を得ることができることは明らかである。
本実施例の偏光切替装置２２０としては、例えば、電界や電圧により複屈折性を変化できる媒質（例えば、液晶やＰＬＺＴ等）を用いた装置がよく知られている。液晶を用いた装置としては、例えば、「液晶・基礎編」、「液晶・応用編」（岡野、小林共編、培風館）などに多くの種類が記載されている。
【００１６】
［実施例２］
図４は、本発明の実施例２のＤＦＤ（Depth Fused 3D）方式の三次元表示装置の概略構成を示す図である。
本実施例の三次元表示装置は、表示装置２００と、表示装置２００の観察者側に設けられるストライプ偏光板２６０と、ストライプ偏光板２６０の観察者側に設けられる偏光型二焦点レンズ２３０とを備える。
ここで、表示装置２００は、前面用の画素２０１から成る第１の画素群と、後面用の画素２０２から成る第２の画素群とから成る複数の画素を有し、第１の画素群により前述の図１４に示す２Ｄ化像１０５を、第２の画素群により前述の図１４に示す２Ｄ化像１０６とを同時に表示する。これらの２Ｄ化像１０６は、モノクロ、あるいはカラーの画像であってもよい。
ここで、表示装置２００は、例えば、ＣＲＴ、液晶ディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＦＥＤディスプレイ、プロジェクション型ディスプレイ、線描画型ディスプレイ、有機エレクトロルミネセンス表示装置、あるいは、無機エレクトロルミネセンス表示装置などで構成される。
ストライプ偏光板２６０は、表示装置２００の第１の画素群と第２の画素群とに対応して、第１の画素群から入射される光の偏光方向を第１の偏光方向として出射する領域２６０ａと、前記第２の画素群から入射される光の偏光方向を第２の偏光方向として出射する領域２６０ｂとを有する。
【００１７】
偏光型二焦点レンズ２３０は、入射される光の偏光方向により焦点距離が２段階に変化するレンズであり、図２に示すように、表示装置２００に同時に表示された２Ｄ化像１０５と２Ｄ化像１０６とを、第１の結像面１０２１と第２の結像面１０２２とに結像させることができる。
したがって、本実施例の三次元表示装置は、前述した〔ＤＦＤ（Depth Fused 3D）方式の三次元表示装置の表示原理〕に基づき、三次元立体像を表示することが可能となる。
図５乃至図７は、図４に示す表示装置における、前面用の画素２０１と、後面用の画素２０２の配置方法の一例を示す図である。
図５に示す例は、前面用の画素２０１と、後面用の画素２０２とを、１行毎に行方向に配置したものである。
図６に示す例は、前面用の画素２０１と、後面用の画素２０２とを、１列毎に列方向に配置したものである。
図７に示す例は、前面用の画素２０１と、後面用の画素２０２とを、市松模様に配置したものである。
なお、ストライプ偏光板２６０の領域（２６０ａ，２６０ｂ）も、図５乃至図７に示す配置方法に対応して、図５乃至図７に示すように配置されている。
【００１８】
［実施例３］
図８は、本発明の実施例３のＤＦＤ（Depth Fused 3D）方式の三次元表示装置の概略構成を示す図である。
同図に示すように、本実施例の三次元表示装置は、表示装置２００と、観察者から見て表示装置２００の前方に配置され、光軸１と光軸２の２つの光軸を有する偏芯２焦点レンズ２７０とを備える。
表示装置２００には、前面用の二次元像１１１と、後面用の二次元像１１２とが表示される。
前面用の二次元像１１１は、前述の図５に示す２Ｄ化像１０５であり、後面用の二次元像１１２は、前述の図５に示す２Ｄ化像１０６である。これらの二次元画像は、モノクロ、あるいはカラーの画像であってもよい。
ここで、表示装置２００は、例えば、ＣＲＴ、液晶ディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＦＥＤディスプレイ、プロジェクション型ディスプレイ、線描画型ディスプレイ、有機エレクトロルミネセンス表示装置、あるいは、無機エレクトロルミネセンス表示装置などで構成される。
なお、以下の説明では、表示装置２００として、自発光形表示装置（例えば、有機エレクトロルミネセンス表示装置、あるいは、無機エレクトロルミネセンス表示装置等）を使用する場合について説明する。
表示装置２００は、左右方向、あるいは上下方向に所定間隔をおいて、前面用の二次元像１１１と、後面用の二次元像１１２を表示する。
偏芯２焦点レンズ２７０は、図８に示すように、表示装置２００に表示された二次元像を、第１の結像面１０３１と第２の結像面１０３２とに結像させる。
ここで、第１の結像面１０３１に表示される後面用の二次元像１１２と、第２の結像面１０３２に表示される前面用の二次元像１１１とが、観察者の視線上の像として観察者に提示されるように、偏芯２焦点レンズ２７０の２つの光軸と、各焦点位置を決定する。
これにより、本実施例の三次元表示装置は、前述した〔ＤＦＤ（Depth Fused 3D）方式の三次元表示装置の表示原理〕に基づき、三次元立体像を表示することが可能となる。
【００１９】
図９−ａは、図８に示す偏芯２焦点レンズ２７０の一例を示す断面図である。
図９−ａに示す偏芯２焦点レンズ２７０は、複屈折レンズを構成する液晶（３１１，３１２）と、透明樹脂３１３の積層体で構成される。
ここで、図に示すように、液晶３１１で構成される複屈折レンズと、液晶３１２で構成される複屈折レンズとは光軸が異なっている。
また、液晶３１１の液晶分子の配向方向と、液晶３１２の液晶分子の配向方向とは直交している。
前述したように、液晶は、入射光の偏光方向によりその屈折率が異なるが、図９−ａに示す偏芯２焦点レンズ２７０では、透明樹脂３１３の屈折率と、液晶３１１における、入射光の偏光方向が第１の方向の屈折率とを一致させ、かつ、液晶３１２における、入射光の偏光方向が第２の方向の屈折率とを一致させる。
例えば、透明樹脂３１３の屈折率をｎ２とし、入射光の第１の偏光方向、並びに、第２の偏光方向における、液晶３１１の屈折率を、それぞれｎ２１１、ｎ２１２、液晶３１２の屈折率を、それぞれｎ２２１、ｎ２２２とするとき、ｎ２＝ｎ２１１（あるいは、ｎ２＝ｎ２１２）、および、ｎ２＝ｎ２２２（あるいは、ｎ２＝ｎ２２１）とする。
これにより、偏芯２焦点レンズ２７０に入射される入射光は、図９−ｂに示すように、入射光の偏光方向に応じて、異なる光軸上の異なる位置（図９−ｂのａ，ｂ）に集光する。
【００２０】
また、本実施例の偏芯２焦点レンズ２７０として、図１０に示す偏芯２焦点フレネルレンズを使用することも可能である。
図１０に示すような偏芯２焦点フレネルレンズは、例えば、粘土などの型材料に、２個のフレネルレンズを光学的な中心位置が異なるように押しつけて、二つの同心円状の文様からなる型を製作し、その型に透明な樹脂を流し込み硬化させて作製することができる。
この偏芯２焦点フレネルレンズでは、入射される入射光は、例えば、図９−ｂに示すように、入射光の偏光方向に応じて、異なる光軸上の異なる位置（図９−ｂのａ，ｂ）に集光する。
さらに、本実施例の偏芯２焦点レンズ２７０として、偏芯多焦点のゾーンプレートを使用することもできる。
ゾーンプレートとは、図１１に示すように、例えば、フィルム上に光が透過する部分（図１１では、黒の部分）と、光が透過しない部分（図１１では、白の部分）とを、同心円状に交互に形成したものである。このゾーンプレートは、光の回折現象により、フレネルレンズと同様にレンズとして機能する。
そして、図１０に示す偏芯２焦点フレネルレンズのように、２個のゾーンプレートを光学的な中心位置が異なるように形成することにより、偏芯２焦点のゾーンプレートとすることができる。
この偏芯２焦点のゾーンプレートでも、入射される入射光は、例えば、図９−ｂに示すように、入射光の偏光方向に応じて、異なる光軸上の異なる位置（図９−ｂのａ，ｂ）に集光する。
【００２１】
図１２は、本発明の実施例３のＤＦＤ（Depth Fused 3D）方式の三次元表示装置の変形例を示す図である。
図１２に示す三次元表示装置は、偏芯２焦点レンズ２７０に代えて、偏芯３焦点レンズ２７５を使用するものである。この偏芯３焦点レンズ２７５は、光軸１と、光軸２と、光軸３の３つの光軸を有する。
また、図１２に示す表示装置２００は、前面用の二次元像１１１と、中間用の二次元像１１３と、後面用の二次元像１１２とを表示する。
これらの二次元像は、前述した２Ｄ化像であり、これらの二次元画像は、モノクロ、あるいはカラーの画像であってもよい。
偏芯３焦点レンズ２７５は、図１２に示すように、表示装置２００に表示された二次元像を、第１の結像面１０３１と、第２の結像面１０３２と、第３の結像面１０３３に結像させる。
ここで、第１の結像面１０３１に表示される後面用の二次元像１１２と、第２の結像面１０３２に表示される中間用の二次元像１１３と、第３の結像面１０３１に表示される前面用の二次元像１１１とが、観察者の視線上の像として観察者に提示されるように、偏芯３焦点レンズ２７５の３つの光軸と、各焦点位置を決定する。
これにより、図１２に示す三次元表示装置は、前述した〔ＤＦＤ（Depth Fused 3D）方式の三次元表示装置の表示原理〕に基づき、三次元立体像を表示することが可能となる。
なお、図１２に示す三次元表示装置における偏芯３焦点レンズ２７５としては、３個のフレネルレンズを光学的な中心位置が異なるように形成した偏芯３焦点フレネルレンズ、あるいは、３個のゾーンプレートを光学的な中心位置が異なるように形成した偏芯３焦点のゾーンプレートが使用可能である。
【００２２】
このように、本実施例によれば、一台の表示装置を使用して簡単に、カラー画像の三次元立体像を表示することが可能となる。
なお、前述の説明では、例えば、三次元物体全体の奥行き位置を、表示装置２００に表示した前面用の二次元像と、後面用の二次元像とを用いて表現する方法および装置について主に述べたが、本実施例の三次元表示装置は、前述の特許文献に記載したように、三次元物体自体が有する奥行きを表現する方法及び装置としても使用できる。
同様に、本実施例の三次元表示装置は、前述の特許文献に記載したように、三次元物体自体が移動する場合にも使用できる。
２Ｄ化像が三次元的に移動する場合、観察者の左右上下方向への移動に関しては通常の二次元表示装置の場合と同様に表示装置内での動画再生によって可能であり、奥行き方向への移動に関しては、前述の特許文献に記載したように、表示装置２００に表示した前面用の二次元像と、後面用の二次元像とに表示される２Ｄ化像の輝度の変化を時間的に行うことで、三次元像の動画を表現することができる。
また、表示装置２００に表示する二次元像は、３個以上であってもよい。
【００２３】
さらに、表示装置２００は、液晶ディスプレイなどの透過型表示装置であってもよい。この場合に、前述したＤＦＤ（Depth Fused 3D）方式により、三次元立体像を観察者に提示するためには、図１３に示す２Ｄ化像（１０５，１０６）の各々の透過度を、観察者１００から見た総体的な輝度を一定に保ちつつ、三次元物体１０４の奥行き位置に対応して変えるようにする。
例えば、図１５に示すように、三次元物体１０４が表示面１０１を構成する透過型表示装置上にある場合には、この上の２Ｄ化像１０５の透過度を三次元物体１０４の輝度に等しくし、表示面１０２を構成する透過型表示装置上の２Ｄ化像１０６の透過度を、その透過型表示装置の最大値とする。
また、図１６に示すように、三次元物体１０４が観察者１００より少し遠ざかって表示面１０１を構成する透過型表示装置より表示面１０２を構成する透過型表示装置側に少し寄った位置にある場合には、２Ｄ化像１０５の透過度を少し増加させ、２Ｄ化像１０６の透過度を少し減少させる。
【００２４】
また、図１７に示すように、三次元物体１０４が観察者１００よりさらに遠ざかって表示面１０１を構成する透過型表示装置より表示面１０２を構成する透過型表示装置側にさらに寄った位置にある場合には、２Ｄ化像１０５の透過度をさらに増加させ、２Ｄ化像１０６の透過度をさらに減少させる。
さらに、図１８に示すように、三次元物体１０４が表示面１０２を構成する透過型表示装置上にある場合には、この上の２Ｄ化像１０６の透過度を三次元物体１０４の輝度に等しくし、表示面１０１を構成する透過型表示装置上の２Ｄ化像１０５の透過度を、その透過型表示装置の最大値とする。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施例１のＤＦＤ（Depth Fused 3D）方式の三次元表示装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例１の三次元表示装置において、偏光型二焦点レンズによる結像面を示す図である。
【図３】図１に示す偏光型二焦点レンズの一例の概略構成を示す図である。
【図４】本発明の実施例２のＤＦＤ（Depth Fused 3D）方式の三次元表示装置の概略構成を示す図である。
【図５】図４に示す表示装置における、前面用の画素と、後面用の画素の配置方法の一例を示す図である。
【図６】図４に示す表示装置における、前面用の画素と、後面用の画素の配置方法の一例を示す図である。
【図７】図４に示す表示装置における、前面用の画素と、後面用の画素の配置方法の一例を示す図である。
【図８】本発明の実施例３のＤＦＤ（Depth Fused 3D）方式の三次元表示装置の概略構成を示す図である。
【図９−ａ】図８に示す偏芯２焦点レンズの一例を示す断面図である。
【図９−ｂ】図９−ａに偏芯２焦点レンズにおける、入射光の集光位置を示す図である。
【図１０】図８に示す偏芯２焦点レンズの他の例である偏芯２焦点フレネルレンズを示す図である。
【図１１】ゾーンプレートを示す図である。
【図１２】本発明の実施例３のＤＦＤ（Depth Fused 3D）方式の三次元表示装置の変形例を示す図である。
【図１３】従来のＤＦＤ（Depth Fused 3D）方式の三次元表示装置の概略構成を示す図である。
【図１４】ＤＦＤ（Depth Fused 3D）方式の三次元表示装置において、各表示面に表示する２Ｄ化像の生成方法を説明するための図である。
【図１５】ＤＦＤ（Depth Fused 3D）方式の三次元表示装置の表示原理を説明するための図である。
【図１６】ＤＦＤ（Depth Fused 3D）方式の三次元表示装置の表示原理を説明するための図である。
【図１７】ＤＦＤ（Depth Fused 3D）方式の三次元表示装置の表示原理を説明するための図である。
【図１８】ＤＦＤ（Depth Fused 3D）方式の三次元表示装置の表示原理を説明するための図である。
【符号の説明】
【００２６】
１００  観察者
１０１，１０２  表示面
１０３  光学系
１０４  三次元物体
１０５，１０６  ２Ｄ化像
１１１，１１２，１１３  二次元像
２００  表示装置
２０１，２０２  画素
２１０  偏光板
２２０  偏光切替装置
２３０  偏光型二焦点レンズ
２５０  同期装置
２６０  ストライプ偏光板
２６０ａ，２６０ｂ  領域
２７０  偏芯２焦点レンズ
２７５  偏芯３焦点レンズ
３０１  固定焦点レンズ
３０２  複屈折領域
３０３  配向膜
３１１，３１２  液晶
３１３  透明樹脂
１０２１，１０２２，１０３１，１０３２，１０３３  結像面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９−ａ】
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【図９−ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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